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SOI生成方式演进,这项技术呼声最高

时间:2019-07-12
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SOI生成的演变,这项技术具有最高的发言权

由于半导体的发展趋势,在同一晶片区域填充更多晶体管将不可避免地使线宽逐渐缩小,但尺寸有限。栅极线宽限制约为3~5nm(线宽越小,电阻越小)。这个值越大,科学家们就会试图找到如何在不缩小线宽的情况下提高同一工艺中元件的效率,并突破摩尔定律的极限。 SOI(绝缘体上硅)硅晶体绝缘体技术是其中一种解决方案。

所谓的SOI技术是Si晶片的特殊氧化反应,因此在Si层和Si晶片之间形成氧化物层(埋氧化物),最后是Si/SiO2(埋氧化物)/Si衬底结构。由于SOI的半导体特性而形成。 (低功耗,高成本性能和低制造周期等),该元件具有以大线宽(16-12nm)代替FinFET结构的优点。

外延技术的发展无助于SOI生成的发展

SOI的发展可以追溯到20世纪60年代中期和后期。随着半导体采用适当的绝缘材料作为衬底,开发了基于蓝宝石衬底的基于Si的SEO(蓝宝石上硅)技术。然而,由于蓝宝石衬底的高价格,目前还没有人使用这种技术。

件易于控制,但是整个过程需要通过阳极。氧化(形成多孔Si层),外延,高温氧化,键合,分离蚀刻和氢退火的过程非常麻烦,并且该技术最终死亡。

如果评估当前的SOI生成技术,则可以将其分为离子注入和晶圆键合。相关技术如下:SIMOX(通过IMplanted OXygen分离),BESOI(键合和蚀刻SOI)和Smart -Cut等,作为随后提供电流SOI晶片的方法。

三种SOI生成方法,仅使用Smart-Cut技术。

以SIMOX技术为例,不断发展的SOI方法主要使用离子注入机将大量氧离子(O +离子)驱入Si晶圆的前缘部分,然后通过高温退火(1,300°C)产生氧化层。形成Si/SiO 2(掩埋氧化物)/Si衬底结构。

尽管通过该技术生产的SOI相对容易,但是在离子注入中难以穿透Si晶片深,因此Si层的厚度仅为约50-240nm,因此需要后续的生长模式。增加Si层的厚度以满足SOI组分的要求。

BESOI通过在高温氧化后首先通过两个Si晶片形成两个氧化层(SiO 2/Si衬底),然后将两个氧化物层彼此键合并加热它们(1,100℃)以产生键合和退火来生?ぃ詈驝MP抛光以形成Si/SiO 2(掩埋氧化物)/Si衬底结构。尽管通过SIMOX技术可以很好地控制Si层的厚度,但是两个氧化物层的结合产率仍然是确定SOI晶片产量的关键,需要大量时间来去除多余的Si层。

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Smart-Cut技术是法国SOITEC开发的一种方法,可有效提高SOI生产率。 Smart-Cut的前半部分将与BESOI技术一样高。两个Si晶片将在高温下氧化形成表面氧化层,然后其中一个氧化层将被电离成大量氢离子(H +),然后两个氧化层通过相互键合。亲水键合,加热至400-600°C以破坏氢离子层,分离多余的Si层,最后退火(1,100°C)并进行CMP研磨。形成Si/SiO 2(掩埋氧化物)/Si衬底结构。

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通过Smart-Cut方法,有效的是减少CMP抛光时间(氢离子层断裂后留下的Si层变薄),但两个氧化物层的键合产率仍然是SOI的决定因素,然而,Smart-Cut还可以显着提高SOI晶圆的生成速度,有效降低SOI晶圆的成本,并推动光通信元件,物联网和汽车芯片的当前发展。

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